黄土隧道浅埋富水段施工技术

黄土隧道浅埋富富水段施工工技术关键词：隧道富水浅埋超前降排排水旋喷桩防防水薄覆盖层层介绍山西中南铁铁铁路通道道石楼楼隧道穿穿越河河沟所遇遇到的的浅埋富富水地地质所采采用的的施工方方法及及采取的的措施施,成功地解解决决了浅埋埋暗挖挖软弱地地层区区间隧道道施工工技术难难题,所采用的的超超前降低低洞内内水位及及超前前旋喷桩桩防水水,克服了富富水水软弱地地层施施工技术术难题题。利用用浅埋埋段薄覆覆盖层层的特点点解决决了洞内内二次次供电问问题及及洞内排排水问问题，成成功的的节约了了高压压进洞和和掌子子面往洞洞口排排水的成成本。为为以后类类似工工程的施施工提提供了参参考。伴随着20世纪纪纪世界科科学、技技术、经经济的的发展，交交通通运输、水水利利、水电电、采采掘，特特别是是城市地地下交交通及空空间利利用等，对对隧隧道工程程在数数量和难难度上上提出了了更高高的要求求。大大规模的的地下下工程建建设促促进了隧隧道修修建技术术的进进步。纵观当今国内外外外交通隧隧道的的发展，有有个个非常明明显的的趋势：：即隧隧道越修修越长长，应用用的场场合越来来越广广，而且且以隧隧道方式式为多多用和跨跨越水水域的例例子越越来越多多。这这是经济济的迅迅速发展展，对对交通运运输提提出了更更高要要求的必必然结结果。由于黄土独特的的的节理和和构造造特征及及其湿湿陷型，随随着着大量黄黄土隧隧道的修修建，黄黄土隧道道成了了近年来来隧道道施工研研究的的重点和和难点点，本论论文通通过一个个成功功的案例例对黄黄土隧道道的富富水浅埋埋段施施工做出出一个个可行的的施工工方案。1.工程概况石楼隧道位于山山山西省吕吕梁市市石楼县县与隰隰县境内内，为为黄土高高原丘丘陵地貌貌，地地形起伏伏较大大，隧道道最大大埋深约约为2252mm，最最小埋深3.6m。本隧道道为为单洞双双线隧隧道，直直线段段线间距距为44.0mm。隧隧道进口口里程程为DK22221+44155，出口里里程程为DK22334+22255，全长1228810mm。其其中DK23322+9990～DK23322+9220段位于隰隰县县城南乡乡坊底底村的一一个沟沟谷内，沟沟谷谷内常年年积、流流水，形形成较较厚淤积积层，隧隧址区土土体含含水均处处于饱饱和状态态，洞洞顶埋深3.6～10.44m不等，并并于DK23322+9331处下穿河河沟沟最大富富水段段，于DK23333+0000处下穿乡乡村村道路，线线路路左侧（河河沟沟下游）约约150m处是杜家家塔1#淤积主干干坝坝（坝体体长81m，高14m，顶面宽7m，底面宽35m），对隧隧道道施工造造成了了极大的的困难难和安全全施工工隐患。图图1：埋深纵纵断断面图及及现场场地貌。图1埋深纵断断面图图及现场场地貌2.技术难点及及方方案的选择择择2.1.施工技技技术难点点该地段主要土质质质为老黄黄土，河河沟常年年有流流水，底底部主主要为淤淤泥与与河卵石石，无无稳定性性，易易塌方，地地下下水丰富,施工期间间降降雨充沛,地下水补补给给充足,因而,地下水的的控控制显得得非常常重要且且极为为困难。黄黄土土地层软软弱，稳稳定性受受水影影响较大大。隧隧道开挖挖后周周边围岩岩在自自重应力力的作作用下松松弛变变形,控制不好好易易产生变变形坍坍塌。施施工时时,必须采取取严严格措施施控制制,防止产生生大大的变形形及坍坍塌。2.2.施工方方方案的比比选根据黄土的特性性性及现场场实际际情况，在在收收集国内内类似似工程施施工方方案的基基础上上，结合合施工工图设计计初步步确定两两个施施工方案案：一一为半明明挖揭揭盖法施施工，即即将拱顶顶覆盖盖土按1:0..775坡率开挖挖至至上、中中台阶阶接头处处并留留出一个2m施工平台台，并并按照拱拱部设设计形状状人工工修筑土土模，在在土模上上立架架，用混混凝土土块固定定拱架架、喷砼砼支护护并留出出拱角角接头处处。正正洞施工工时，采采用三台台阶七七步法施施工，上上台阶开开挖出出来后，只只需需把凸凹凹处补补喷平整整，中中台阶拱拱架与与上台阶阶拱架架露出的的接头头处连接接，下下台阶正正常施施工，衬衬砌采采用钢筋筋混凝凝土，待待衬砌砌施工完完毕后后，拱顶顶原地地面回填填覆盖盖土。二二为超超前进行行洞内内降水及及地表表处理，采采用用三台阶阶七步步法安挖挖施工工。考虑虑浅埋埋段施工工时期期为6月至7月，正为为隰隰县每年年的雨雨季，以以及明明挖法增增加的的土方开开挖量量，选择择成本本相对低低廉、风风险较小小的暗暗挖法。3.主要施工方方法法整体施工方案包包包括：地地表水水预处理→旋喷桩注注浆浆防水→大口井超超前前洞内降降水→地表注浆浆处处理→超前支护→开挖支护→仰拱衬砌→地表沉降降及及洞内收收敛观观测。3.1.地表水水水预处理理DK232+99931处河沟虽虽然然水流不不大，但但常年流流水，为为避免浅浅埋段段地表水水从洞洞顶直接接流淌淌过，在在线路路右侧约50m冲沟的下下游游筑拦水水坝，拦拦截河沟沟及冲冲沟内地地表水水，并在在拦水水坝上游游（冲冲沟口）处处设设集水井井，集集水井内内设水水泵，将将水引引排至线线路左左侧。在在线路路左侧约40m冲沟的上上游游筑拦水水坝，避避免下游游水满满倒流至至隧址址区。两两处拦拦水坝之之间地地表水利利用水水泵引排排至左左侧拦水水坝下下游。最最后，所所有地表表水利利用杜家家塌1#主干坝排排水水设施排排走。图2施工前排排水、拦水水示意图。图2施工前排排水、拦拦水示示意图3.2.旋喷桩桩桩施工旋喷桩是利用钻钻钻机将旋旋喷注注浆管及及喷头头钻置于于桩底底设计高高程，将将预先配配制好好的浆液液通过过高压发发生装装置使液液流获获得巨大大能量量后，从从注浆浆管边的的喷嘴嘴中高速速喷射射出来，形形成成一股能能量高高度集中中的液液流，直直接破破坏土体体，喷喷射过程程中，钻钻杆边旋旋转边边提升，使使浆浆液与土土体充充分搅拌拌混合合，在土土中形形成一定定直径径的柱状状固结结体，从从而达达到地基基加固固和防水水效果果。施工工中一一般分为为两个个工作流流程，即即先钻后后喷，再再下钻喷喷射，然然后提升升搅拌拌，保证证每米米桩浆土土比例例和质量量。在在隧道中中线两两侧各9m处施做φ600mmm的高压旋旋喷喷桩，相相邻桩桩咬合20cm，做成止止水水帷幕。桩桩长长根据地地表地地形情况况确定定，保证证桩底底标高低低于隧隧底标高4m。具体见见图3平面布置置图图及图4纵断面图图。3.2.1.旋旋旋喷桩施施工要要求（1）设计桩径径：：60ccm，相邻两两桩桩咬合20cm。（2）高压泥浆浆压压力：23～28Mppaa（3）提升速度度：：20～25cmm//minn（4）旋转速度度：：约为20r//mmin图3旋喷桩平平面布布置图图4旋喷桩纵纵断面面图（5）水灰比：：11：13.2.2.旋旋旋喷桩施施工流流程定位→钻机成孔孔→旋旋喷机就位位位（设备备调试试）→下旋喷管→配送浆液→旋喷提升→泥浆外排→清洗机具具新新孔就位位。见见图5旋喷桩施施工工工艺流流程图图。钻机就位钻机就位调整钻架角度打管钻孔插管高压旋喷桩注浆作业喷射结束拔管器械清洗泥浆的排放处理图5旋喷桩施工工工工艺流程图图图3.2.3.旋旋旋喷桩操操作步步骤（1）定位：现现场场技术人员员员按施工工图及及现场实实际情情况放样样，并并做好明明确标标志，确确保旋旋喷桩机机定位位准确。（2）喷射注浆浆前前以钻机成成成孔，各各桩成成孔深度度大于于设计深深度0.5m，成孔时时钻钻机机架架垫平平，钻机机保持持垂直锤锤头和和钢丝绳绳地面面，成孔孔垂直直度≤1%.（3）喷注作业业。（4）旋喷机架架就就位，喷管管管位于自自然悬悬吊状态态时喷喷管中心心对准准孔心，偏偏差差不得大大于二二分之一一孔径径（成孔孔孔径径），保保证下下管、提提升及及旋喷注注浆的的顺利进进行。（5）下喷管前前先先检验喷浆浆浆口是否否完好好畅通，再再做做喷浆试试验，当当浆压符符合设设计时方方可下下喷管。（6）喷管下至至设设计深度10cm时，开始始拌拌送水泥泥浆，待待达到设设计参参数，孔孔口冒冒浆正常常后，再再开始旋旋喷提提升。（7）喷注中若若遇遇故障等特特特殊情况况，喷喷管须下下降10cm才能继续续喷喷注，以以保证证旋喷加加固的的竖直连连续性性。（8）喷注作业业时时，做好已已已喷邻桩桩的补补浆回灌灌工作作，保证证加固固后的桩桩顶标标高，同同时施施工中必必须及及时做好好废浆浆处理工工作。3.3.大口井井井超前洞洞内降降水在隧道中线位置置置上，每每间隔隔14m做一个φ200ccm的大口井井降降水，井井底标标高低于于隧底底标高3m，降水井井下φ200PPVVC管护壁，并并并在PVC管上打孔孔便便于排水水，在在每个降降水井井里面个个设置置一个潜潜水泵泵抽水。图图6大口井平平面面布置图图。图6大口井平平面布布置图潜水泵在安装前前前，对水水泵本本身和控控制系系统作一一次全全面细致致的检检查。检检验电电动机的的旋转转方向，各各部部位螺栓栓是否否拧紧，润润滑滑油是否否加足足，电缆缆接头头的封口口有无无松动，电电缆缆线有无无破坏坏折断等等情况况，然后后在地地面上转3~5mmiin，如无问问题题，方可可放入入井中使使用。深深井内安安设潜潜水电泵泵，可可用绳吊吊入滤滤水层部部位，带带吸水钢钢管的的应用吊吊车放放入，上上部与与井管口口固定定。设置置深井井泵的电电动机机座应安安设平平稳，转转向严严禁逆转转（设设有逆止止阀），防防防止转动动轴解解体。潜潜水电电动机、电电缆缆及接头头必须须有可靠靠的绝绝缘，每每台泵泵配置一一个控控制开关关。主主电源线线路沿沿深井排排水管管路设置置。安安装完毕毕应进进行试抽抽水，满满足要求求后始始转入正正常工工作。潜水泵用钢丝绳绳绳吊放。安安装装并接通通电源源，铺设设电缆缆和电闸闸箱，做做到单井井单控控电源，并并安安装时间间水位位继电自自动抽抽水装置置和漏漏电保护护系统统。井口地面以下222m范围内用用粘粘性土回回填压压实，井井管要要高出地地面0.3m，并在周周围围立显著著标志志和加井井盖予予以保护护。3.4.地表注注注浆处理理洞身大口井进行行行降水施施工后后，洞顶顶土体体内的含含水将将下渗，原原有有土体会会呈现现松散状状态，土土体间黏黏聚性性大大降降低，土土体应力力出现现不规则则分布布，对洞洞身施施工造成成安全全隐患，为为确确保施工工安全全，对地地表土土体进行行注浆浆处理，打打设设Ф42小导管，L=4..55m，灌注水水泥泥单液浆浆进行行地表加加固。注注浆材料料：水水泥单液液浆，水水灰质量量比为为1:1。注浆参参数数：孔距3m；浆液扩扩散散半径2m；注浆压压力力：初压0.2MMppa~00.55Mpa，，终压2Mpaa~~3Mppa。注浆顺顺序序：注浆浆时先先灌注最最外两两排孔，然然后后依次向向内推推进。每每排注注浆孔中中，先先灌注两两端的的孔，然然后间间隔交错错灌注注。3.5.超前支支支护为确保汛期施工工工安全，DK23322+9665～DK23322+9220段施工增增加φ89管棚，拱拱部1400范围内设设置置，环向向间距距3根/m。管棚采采用用热轧无无缝钢钢管，施施工内内容主要要包括括封闭开开挖面面、设钻钻机平平台、测测定孔孔位、钻钻孔、钻钻机退出出、安安设无缝缝钢管管，必要要时注注浆封孔孔等工工序施工工中拱拱部1400范围内设设置φ42小导管，L=5..00m，环向间间距3根/m，每1.5m施作一环环，每每环39根。小导导管管采用双双层热热轧无缝缝钢管管，前端端加工工成锥形形，以以便插打打，并并防止浆浆液前前冲。3.6.开挖支支支护3.6.1.开开开挖图7超前小导导管平平面示意意图浅埋段开挖采用用用三台阶阶七步步法，三三台阶阶七步开开挖法法是以弧弧形导导坑开挖挖预留留核心土土为基基本模式式，分分上中下下三个个台阶七七个开开挖面，各各部部位的开开挖与与支护采采用沿沿隧道纵纵向错错开、平平行推推进的隧隧道施施工方法法。(1)工艺特点点点①施工空间大，方方方便机械械化施施工，可可以多多作业面面平行行作业。部部分分软岩或或土质质地段可可以采采用挖掘掘机直直接开挖挖，工工效较高高。②在地质条件发发发生变化时时，便便于灵活活、及及时地转转换施施工工序序，调调整施工工方法法。③适应不同跨度度度和多种断断面面形式，初初期期支护工工序操操作便捷捷。④在台阶法开挖挖挖的基础上上，预预留核心心土，左左右错开开开挖挖，利于于开挖挖工作面面稳定定。⑤当围岩变形较较较大或突变变时时，在保保证安安全和满满足净净空要求求的前前提下，可可尽尽快调整整闭合合时间。(2)施工要求求求三台阶七步开挖挖挖法施工工应符符合下列列要求求：①以机械开挖为为为主，必要要时时辅以弱弱爆破破。②弧形导坑沿开开开挖轮廓线线环环向开挖挖，预预留核心心土，开开挖后及及时支支护。③其他分步平行行行开挖，平平行行施做初初期支支护，各各分部部初期支支护衔衔接紧密密，及及时封闭闭成环环。④仰拱紧跟下台台台阶，及时时闭闭合构成成稳固固的支护护体系系。⑤施工过程通过过过监控量测测，掌掌握围岩岩和支支护的变变形情情况，及及时调调整支护护参数数和预留留变形形量，保保证施施工安全全。⑥完善洞内临时时时防排水系系统统，防止止地下下水浸泡泡拱墙墙脚基础础。(3)三台阶七七七步开挖挖法施施工工艺艺三台阶七步开挖挖挖法可分分为以以下主要要步骤骤：第1步，上部弧弧形形导坑开挖挖挖：在拱拱部超超前支护护后进进行，环环向开开挖上部部弧形形导坑，预预留留核心土土，核核心土长长度为为3～5m，宽度为为隧隧道开挖挖宽度度的1/3～1/2。开挖循循环环进尺控控制在在0.5m；开挖高高度度为3.1m，开挖后后立立即初喷3～5cm砼。上台台阶阶开挖矢矢跨比比大于0.3，开挖后后及及时进行行喷、锚锚、网系系统支支护，架架设钢钢架，拱拱架脚脚垫C25预制混凝凝土土块（50×3355×100cmm），在钢钢架架拱脚以以上30cm高度处，紧紧紧贴钢架架两侧侧边沿按按下倾倾角30°打设锁脚脚锚锚杆，拱拱脚锚锚杆和钢钢架牢牢固焊接接，复复喷砼至至设计计厚度。第2、3步，左左右侧中中台阶阶开挖：：开挖挖循环进进尺控控制在0.5m；开挖高高度度为3.666m，左右侧侧台台阶错开2～3m，开挖后后立立即初喷3～5cm砼，及时时进进行喷、锚锚、网网系统支支护，接接长钢架架，在在钢架拱拱脚以以上30cm高度处，紧紧紧贴钢架架两侧侧边沿按按下倾倾角30°打设锁脚脚锚锚杆，拱拱脚锚锚杆和钢钢架牢牢固焊接接，复复喷砼至至设计计厚度。第4、5步，左左右侧下下台阶阶开挖：：开挖挖循环进进尺控控制在0.5m；，开挖挖高高度一般般为3.044m，左右侧侧台台阶错开2～3m，开挖后后立立即初喷3～5cm砼，及时时进进行喷、锚锚、网网系统支支护，接接长钢架架，在在钢架拱拱脚以以上30cm高度处，紧紧紧贴钢架架两侧侧边沿按按下倾倾角30°打设锁脚脚锚锚杆，拱拱脚锚锚杆和钢钢架牢牢固焊接接，复复喷砼至至设计计厚度。第6步，开挖上上下下台阶预留留留核心土土，开开挖后及及时进进行隧底底开挖挖。第7步，隧底开开挖挖：每循环环环开挖进进尺长长度宜为1～2m，开挖后后及及时施作作仰拱拱初期支支护，完完成隧底底开挖挖、支护护循环环后，及及时施施作仰拱拱，仰仰拱分段段长度度为4～6m。施工分部如图888三台阶法法施施工工序序透视视图。3.6.2支护护护为保护围岩的天天天然承载载力，隧隧道支护护应尽尽快施做做，DK23322+9990～DK23322+9665原设计为V级加强A型，初期期支支护采用HW1775型钢支撑撑，间间距0.5mm/榀，砂浆浆锚锚杆L=5m，开挖完完毕毕后立即即喷射射30cm厚C30早强混凝凝土土，DK22332+99655～DK23322+9220图8三台台台阶开挖施施工工工序透透视图图原设计为V级加加加强，初初期支支护采用I20a型钢支撑撑，间间距0.755mm/榀，系统统锚锚杆L=3..55m，间距0.755**0.775（环*纵），钢钢筋筋网为φ8*φ8,间距20*220（环*纵），C25喷射混凝凝土土厚度为25cm，初期支支护护开挖后后立即即施做，以以保保护围岩岩的自自稳能力力。图9V级级级加强A型复合衬衬砌砌断面图图3.7.仰拱衬衬衬砌施工工仰拱及衬砌按照照照设计采采用C35钢筋混凝凝土土施工，具具体体注意事事项如如下：1、隧底开挖采采采用全副分分段段施工，上上面面铺设仰仰拱栈栈桥，每每循环环开挖长长度控控制在2-3榀。2、隧底开挖后后后，应及时时清清除虚碴碴、杂杂物、泥泥浆、积积水，立立即初初喷3-5ccm厚混凝土土封封闭岩面面，按按照设计计要求求安装仰仰拱钢钢架，复复喷射射混凝土土至设设计厚度度，使使初期支支护及及时闭合合成环环。3、仰拱应超前前前拱墙衬砌砌，每每循环浇浇注长长度宜为4-6m，仰拱采采用用浮放模模板支支架成型型。仰仰拱混凝凝土分分段全幅幅浇注注，一次次成型型，不留留纵向向施工缝缝，仰仰拱施工工缝和和变形缝缝应设设置止水水带。仰仰拱表面面应平平顺，无无积水水。4、仰拱填充混混混凝土应在在仰仰拱混凝凝土终终凝后浇浇注，浇浇筑前应应清除除仰拱表表面的的杂物和和积水水，连续续浇筑筑，一次次成型型，不留留纵向向施工缝缝。填填充混凝凝土强强度达到5Mpa后允许行行人人通行，仰仰拱拱填充表表面坡坡度应符符合设设计要求求，达达到平顺顺，排排水通畅畅，无无积水的的效果果。5.应缩短仰拱拱到到开挖面的的的距离，必必要要时仰拱拱跟至至下台阶阶，二二衬亦应应紧跟跟掌子面面；3.8.监控量量量测技术术为保证施工安全全全,施工中必必须须进行施施工监监测工作,信息化施施工;同时,监测信息息能能及时了了解围围岩稳定定情况况,支护结构构变变形情况,及时修改改施施工参数数及支支护参数,切实保证证施施工安全全。地表量测：在隧隧隧道中线线上每每隔5m布设一个个沉沉降观测测点，在在浅埋段段施工工中每天天对地地表进行行观测测，以便便及时时掌握浅浅埋段段隧道施施工中中存在的的安全全隐患。洞内周边位移和和和拱顶下下沉观观察：通通过对对拱顶下下沉及及周边收收敛的的量测所所得变变形量分分析，来来判定隧隧道的的稳定情情况。洞洞内5m布置一个个量量测断面面，一一断面内内的拱拱顶、起起拱线线及墙脚脚以上上1m处，各布布置置一组测测点。采采用水准准仪量量测拱顶顶下沉沉，周边边收敛敛仪量测测侧壁壁位移量量。洞洞内断面面量测测点布置置如图图10。4.二次供电及及洞洞内排水隧道施工至浅埋埋埋段，距距离洞洞口已经12000m，洞口处处设设置的630KKVVA变压器已已不不能满足足洞内内施工电电力要要求，考考虑到到高压进进度成成本过高高，在在DK23322+9884右侧